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一文理解推挽输出&漏极开路输出(OD)&集电极开路输出(OC)

因为自己之前一直不理解推挽输出漏极开路输出集电极开路输出这三个概念到底是什么意思。今天终于静下心来好好学习了一遍,于是便写下本文详细解释一下这三个概念,希望能对你有所帮助,文中大部分内容均为引用。

要理解推挽输出,首先要理解好三极管(晶体管)的原理。下面这种三极管有三个端口,分别是基极(Base)集电极(Collector)发射极(Emitter)。下图是NPN型晶体管


这种三极管是电流控制型元器件,注意关键词电流控制。意思就是说,只要基极B有输入(或输出)电流就可以对这个晶体管进行控制了。

下面请允许我换一下概念,把基极B视为控制端集电极C视为输入端,发射极E视为输出端。这里输入输出是指电流流动的方向


控制端有电流输入的时候,就会有电流从输入端进入并从输出端流出。

而PNP管正好相反,当有电流从控制端流出时,就会有电流从输入端流到输出端。

那么推挽电路

上面的三极管是N型三极管,下面的三极管是P型三极管,请留意控制端、输入端和输出端。

当Vin电压为V+时,上面的N型三极管控制端有电流输入,Q3导通,于是电流从上往下通过,提供电流给负载。


经过上面的N型三极管提供电流给负载(Rload),这就叫「」。

当Vin电压为V-时,下面的三极管有电流流出,Q4导通,有电流从上往下流过。


经过下面的P型三极管提供电流给负载(Rload),这就叫「」。

以上,这就是推挽(push-pull)电路


那么什么是开集电极输出呢?有了前面的基础,这里就可以简单的介绍一下。


如图,开集的意思,就是集电极C一端什么都不接,直接作为输出端口。

如果要用这种电路带一个负载,比如一个LED,必须接一个上拉电阻,就像这样。


当Vin没有电流,Q5断开时,LED亮。 当Vin流入电流,Q5导通时,LED灭。

开漏电路,就是把上图中的三极管换成 场效应管(MOSFET)。

N型场效应管各个端口的名称:


场效应管 是电压控制型元器件,只要对栅极施加电压,DS就会导通。结型场效应管有一个特性就是它的输入阻抗非常大,这意味着:没有电流从控制电路流出,也没有电流进入控制电路。没有电流流入或流出,就不会烧坏控制电路。而双极型晶体管不同,是电流控制性元器件,如果使用开集电路,可能会烧坏控制电路。这大概就是我们总是听到开漏电路而很少听到开集电路的原因吧?因为开集电路被淘汰了。

在学习了这些概念后,我们再从应用的角度说一下吧,理解了这些应用背后原因,就肯定真正理解了这两者。

  1. 推挽输出能够输出高或者低,而开漏输出只能输出低,或者关闭输出,因此开漏输出总是要配一个上拉电阻使用。
  2. 开漏输出的上拉电阻不能太小,太小的话,当开漏输出的下管导通时,电源到地的电压在电阻上会造成很大的功耗,因此这个电阻阻值通常在10k以上,这样开漏输出在从输出低电平切换到高电平时,速度是很慢的。
  3. 推挽输出任意时刻的输出要么是高,要么是低,所以不能将多个输出短接,而开漏输出可以将多个输出短接,共用一个上拉,此时这些开漏输出的驱动其实是与非的关系。
  4. 推挽输出输出高时,其电压等于推挽电路的电源,通常为一个定值,而开漏输出的高取决于上拉电阻接的电压,不取决于前级电压,所以经常用来做电平转换,用低电压逻辑驱动高电压逻辑,比如3.3v带5v。

引用:

  1. 知乎:如何正确的理解漏极开路输出跟推挽输出?
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